Dünyada ve Türkiye'de Genom Bilimi

Doç. Dr. Tunahan Çakır

Bir organizmanın DNA’sında yer alan tüm genlerin diziliminin ortaya konmasına odaklanan genom-bilim, bu dizilimi mümkün kılan cihazların gelişmeye başlamasıyla 1990’lardan itibaren dünya gündemine oturdu. İlk olarak 1995’te menenjite sebep olan Haemophilus influenza bakterisinin genom dizilenmesinin gerçekleştirilmesinin ardından, 2000 yılında ilk insan genomu taslağı tamamlandı. 1990’da başlayan dizileme çalışmalarının ardından 10 yıl sonra 3 milyar dolar gibi bir maliyetle tamamlanan insan genom projesi, ABD Başkanı ve İngiltere Başbakanının ortak basın toplantısıyla basına duyurulduğunda, genetik bozukluklardan kaynaklanan yüzlerce hastalığın da tedavisinin mümkün olacağı tüm dünyanın gündemine girmiş oldu. 3 yıl sonra 2003’te proje tamamlandığında insan genomunda mevcut gen sayısı (yaklaşık 20-25 bin) ve bu genlerin dizilim bilgisi artık biliniyordu.

Genom-bilim alanında ikinci devrim, 2007 yılında yeni-nesil dizileme teknolojilerinin gelişmesiyle ortaya çıktı. Dizileme hızını 70 kat arttıran yeni tekniklere dayalı cihazlar geliştirilmesi hem maliyetleri düşürdü hem de çok daha fazla insanın genom dizilerinin çıkarılmasını mümkün kıldı. Bu devrim sayesinde 2008 yılında başlatılan 1000-Genom projesi, 1000 farklı bireyin DNA’sını dizileyerek bireyler arasındaki varyasyonları tespit etmeyi amaçlıyordu. Yıllar içinde yeni-nesil dizileme teknolojilerinin daha da gelişmesi, bir genomun birkaç günde 1000 $ gibi bir maliyetle dizilenmesini mümkün kıldı. Artık pazardaki firmaların hedefi, 100 $ maliyetle DNA dizileyebilen cihazlar üretmek.

İki insanın genom dizilimi arasındaki fark, yaklaşık % 0,1 dolayındadır. İnsan genomunda 3,2 milyar nükleotid olduğu düşünülürse, bu oran iki insan arasında 3,2 milyon nükleotidin farklı olduğu anlamına gelir. Bu farklılıkların çoğu hastalık sebebi değildir. Günümüzde tüm dünyanın gündeminde olan zorluk, bu farklılıkların hangilerinin hastalık sebebi olduğunu ayıklamak ve böylece kişinin genomunda taşıdığı hastalık risklerini ortaya koymaktır.

Genom dizilemenin yeni-nesil dizileme teknolojileriyle ucuzlaması ve genom bilgisinin hastalıkların tedavisinde oynayacağı devrimsel rolün farkındalığı, değişik ülkelerde genom projelerinin başlamasının önünü açtı. Bireylerin genomuna dayalı hastalık risklerinin belirlenmesi, aynı zamanda kişiye özel tedaviye de kapı araladığı için son 10 yıldır tıp dünyasının gündeminde olan en önemli konu Kişiselleştirilmiş Tıp (ing. Personalized medicine) olmuştur. 2015 yılında ABD başkanlığı seviyesinde basına açıklanan ve 1 milyon ABD vatandaşının dizilenmesini amaçlayan proje, İngiltere’de devam eden ve % 70’inin tamamlandığı duyurulan 100.000 genom projesi, Çin’in 2030 yılına kadar 100 milyon vatandaşının genomunu dizileyeceğini açıklaması, ve son olarak dünyadaki bu eğilimi ülkemizde de hayata geçirmek amacıyla kurulan TÜSEB (Türkiye Sağlık Enstitüleri Başkanlığı) tarafından başlatılan ve 100.000 insanı dizilemeyi hedefleyen Türkiye Genom Projesi, kişiselleştirilmiş tıp uygulamalarının sağlık alanında rutin hale gelmesinin öncülüğünü yapacak projeler olarak karşımıza çıkıyor.

Özellikle dünyada her yıl 14 milyon kişinin, ülkemizde ise her yıl 160 bin vatandaşımızın yakalandığı kanser, hücrelerin genetik yapısının bozulmasıyla ortaya çıktığı için genom dizileme ile kişiye özel tedavi yaklaşımlarının en çok uygulandığı hastalık durumundadır. Hastalardan alınan tümör örneklerinin DNA’larının dizilenmesi ve mutasyonların belirlenmesi, hastalara uygulanacak tedavi alternatiflerine en doğru şekilde karar vermede dünyada ve ülkemizde uygulanmaya başlandı. Maliyetlerin ucuzlaması beklentisiyle birlikte düşünüldüğünde, önümüzdeki 5 yıl içinde ülkemizde ve dünyada her kanser hastasının tümör DNA’sının dizileneceğini ve bunun kanser tedavisinde rutin olacağını söylemek mümkündür.

Genom verisinin elde edilmesini sağlayan teknolojiler kadar, hatta daha da önemli olan nokta, bu verilerdeki mutasyonların yazılımlar yardımıyla belirlenerek anlamlandırılması. Biyoinformatik olarak bilinen bu alan, artık dizileme maliyetlerinin düşmesiyle, genom veri analizinde en ciddi maliyet kalemi olarak kendini gösteriyor. 3,2 milyar nükleotidden oluşan büyük veriden hastalıkla alakalı birkaç varyantın tespit edilmesini samanlıkta iğne aramaya benzetmek mümkündür. Hızla gelişen biyoinformatik yazılımlar sayesinde bu hassas analizler gerçekleştirilerek genom verileri anlamlandırılıyor.

Halen maliyetleri çok yüksek olsa da dizileme cihazlarının mevcudiyeti durumunda makineden ham DNA verisi elde edilebiliyor. Ancak bu verinin işlenerek anlamlandırılması, biyoinformatik uzmanları tarafından gerçekleştirilebiliyor. Bu doğrultuda ülkemizin ve dünyanın ihtiyaçlarını karşılamak için biyoinformatik uzmanı yetiştirmek kritik önem arz etmektedir. Gebze Teknik Üniversitesi Biyomühendislik Bölümü’nde hayata geçirdiğimiz Biyoinformatik ve Sistem Biyolojisi yüksek lisans ve doktora programları sayesinde bu alandaki ihtiyacı karşılama hedefindeyiz.

_______________________________

Yazar Hakkında

Tunahan Çakır, lisans, yüksek lisans ve doktora derecelerini Boğaziçi Üniversitesi Kimya Mühendisliği bölümünden aldıktan sonra, Danimarka Teknik Üniversitesi, Amsterdam Üniversitesi ve Utrecht Tıp Üniversitesi’nde araştırmacı olarak çalışmıştır. Araştırma alanları, hücrenin çalışma prensiplerinin sistem tabanlı araştırılması için bireye özgü tıp yaklaşımlarını içermektedir. 2015 yılı TÜBA- GEBİP Üstün Başarılı Genç Bilim İnsanı Ödülü sahibi olan Çakır, PHI Tech Bioinformatics Kurucu Ortağı ve GTÜ Biyomühendislik Bölümü Başkanı olarak çalışma hayatına devam etmektedir.